كان تخزين الطاقة الشمسية في المياه أحد الموضوعات التي تم الحديث عنها في البحث عن تخزين الطاقة الشمسية. لذا ، فإن تخزين الطاقة الشمسية في الماء خدعة أم حقيقة. في هذه القراءة ، سوف نجيب على ذلك.
تلبي الطاقة الشمسية بعض احتياجاتنا من الكهرباء ، لكنها لا تمنع بشكل حتمي الحاجة إلى مصادر أخرى للكهرباء. وفي بعض الحالات ، قد تجعل الشبكة أقل فاعلية من خلال المساهمة في انعدام الأمن والاستفادة من المحلات ذات الذروة التي تكون عمومًا ملوثات أكثر كثافة.
تعتبر متاجر الذروة هي نتيجة الانتقال للبضائع التالية على الشبكة. هذه مصادر أقل وأغلى للكهرباء تعمل فقط لساعات عديدة في اليوم لتعويض الفرق بين شحنة الطاقة الأساسية والقمم المسائية.
هناك نتيجة أخرى مثيرة للاهتمام لهذه المشكلة تسمى عملية الطلب ، والتي تؤثر على الطلب على الكهرباء لتقليل أو تغيير القمم ومواءمة سعة التوليد بشكل أكبر.
لكن الكأس المقدسة في توصيل الطاقة على نطاق الشبكة هو ببساطة ترك زوايا الطلب والتوليد كما ستكون ، وتخزين الطاقة عندما يتجاوز التوليد الطلب واستخدام تلك الطاقة المخزنة أثناء ذروة الطلب.
هناك مجموعة متنوعة من الأفكار الرائعة لتخزين كميات كبيرة من الطاقة ، من المسحة المنصهرة إلى الضغط على الهواء في المناجم القديمة ، لكن أقصى درجات المخزن الحالي على نطاق الشبكة يحسب على احتمال الجاذبية ، وهو استخدام الطاقة الزائدة عن الحاجة لرفع السلع ، استخدم هذا الشيء أيضًا للحث على الكهرباء عندما يتراجع ، ويعامل أساسًا جاذبية الأرض على أنها نبع.
والنضج الواسع للمخزن الحالي على نطاق الشبكة يفعل ذلك باستخدام المياه ، في مخطط يسمى نظام التخزين الكهرومائي المضخ ، وهو طريقة لتخزين الطاقة الشمسية في الماء.
تقنية تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ هي طريقة لتخزين الطاقة الشمسية في الماء. هذه طريقة قديمة وراسخة ولكنها غير مستخدمة بشكل رئيسي. على الرغم من أنها يمكن أن تكون ميسورة التكلفة وحلاً مستدامًا جيدًا لتخزين الطاقة والمياه على نطاق واسع وسنوي.
تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ هو تقنية تخزين طاقة ميكانيكية تعتمد على نقل المياه. في هذه العملية ، يتم ضخ المياه صعودًا باستخدام الطاقة الكهربائية في خزان عندما يكون الطلب على الطاقة الكهربائية منخفضًا.
في وقت لاحق ، عندما يكون الطلب على الطاقة الكهربائية مرتفعًا ، يُسمح للمياه بالتدفق مرة أخرى إلى أسفل المنحدرات وتستخدم لتدوير التوربينات لتوليد الكهرباء. على الرغم من تزايد الحاجة إلى تخزين الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها بسبب استخدامها في تخزين الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، إلا أنها تقنية كانت موجودة منذ أوائل القرن العشرين.
يمكن تخزين الطاقة الشمسية من خلال نظام المخزن الكهرومائي الذي يتم ضخه كطريقة لتخزين الطاقة الشمسية في المياه بما في ذلك الطاقة المتجددة الأخرى مثل طاقة الرياح في الماء مما يكسر الفجوة عندما لا تشرق الشمس أو لا تهب الرياح.
الطاقة الشمسية هي مصدر طاقة متقطع ومتغير ، لذلك من الضروري وجود بديل تخزين لضمان تلبية الطلب على الطاقة في أي وقت.
هناك تخزين للطاقة على المدى القصير للطاقة الشمسية مثل البطاريات لحل مشاكل التقطع ، ولكن يمكن استخدام تخزين الطاقة على المدى الطويل مثل تكنولوجيا تخزين الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها للتغيرات الموسمية في توليد الكهرباء كما هو الحال في فترتي الصيف والشتاء.
يمكن استخدام غاز الهيدروجين كمخزن للطاقة على المدى الطويل ولكن بالمقارنة مع تكنولوجيا تخزين الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها ، فإن غاز الهيدروجين ليس منافسًا اقتصاديًا بعد.
يقوم نظام التخزين الكهرومائي الذي يتم ضخه بالتقاط المياه وتخزينها في مكانين مع انخفاض حاد بينهما. يمكن ضخ المياه صعودًا لممارسة لتوليد الطاقة مرارًا وتكرارًا. بالطبع ، هذا الضخ يستهلك الكهرباء بحد ذاته ، وهنا يأتي دور الطاقة الشمسية.
عندما تشرق الشمس ولا يستخدم الناس طاقة مهمة ، تتوفر الطاقة الشمسية الزائدة لضخ المياه مرة أخرى إلى المخزن وفي أوقات أخرى عندما لا تولد الشمس طاقة كافية لتلبية الطلب ، يتأرجح نظام المخزن الكهرومائي الذي يتم ضخه في العمل وتعويض الفضاء.
يعمل النظام بأكمله معًا مثل بطارية متجددة عملاقة تزود المخزن بالثقة وعدم المرونة التي لا تستطيع الطاقة الشمسية تقديمها بمفردها.
في تكنولوجيا تخزين الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها عند استخدام الطاقة الزائدة الناتجة عن الطاقة الشمسية لضخ المياه إلى أعلى ، يتم إنشاء كمية هائلة من الطاقة الكامنة.
في معظم الحالات ، تتمثل الطريقة التي يعمل بها هذا في الحصول على ميزانيتين صعبتين ولكن مفصولة باختلاف كبير في الارتفاع. في الليل ، عندما تنخفض أسعار الكهرباء ، تستخدم تلك الطاقة والمضخات الرخيصة لملء القوة القصوى.
ومع ذلك ، فإن تخزين الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها له بعض المتطلبات الطبيعية للأداء المناسب. يشملوا؛ المناظر الطبيعية والخزانات المناسبة التي قد تكون بحيرات (طبيعية أو من صنع الإنسان عن طريق إنشاء السدود).
أيضًا ، يتطلب تخزين الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها تصاريح تنظيمية طويلة وأوقات تنفيذ يمكن أن تكون طويلة جدًا ولا تنسى رأس المال الأولي الكبير.
بخلاف مساعدة الإنسان على التعامل مع تحكيم الطاقة ، فإن تقنية تخزين الطاقة الكهرومائية الضخ غير قادرة على دمج مختلف موارد الطاقة المتجددة على النحو الأمثل وهذا يتسبب في فترة الاسترداد المالي.
هذا من بين الأسباب المختلفة لعدم استخدام تقنية تخزين الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها على نطاق واسع اليوم. أيضًا ، في مناطق معينة فقط يمكنك العثور على تقنية تخزين الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها نظرًا لأنها تنطوي على تكاليف أولية عالية مع بعض العقبات الصارمة والكبيرة.
جدول المحتويات
هل يعقل استخدام تقنية تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ لتخزين الطاقة الشمسية في الماء؟
ومع ذلك ، فإن فكرة تخزين الطاقة الشمسية في الماء تبدو مربكة وغير قابلة للحل تقريبًا ، إذا كنت مثل غالبية الناس. من سمع من قبل عن تخزين الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها من أجل الطاقة الشمسية؟
ومع ذلك ، فإن "مخزن الطاقة" هو أحدث تعبير عن الطنانة في صناعة الطاقة المتجددة ، وهو يتغير بسرعة أكبر من أي شخص يستطيع مواكبة ذلك ولكن مصمميه.
"ولكن لماذا يجب أن أبحث عن التخزين؟" أنت تسأل. سؤال رائع! في نهاية اليوم ، يتعلق الأمر بمدى أهمية الأموال التي تريد الاحتفاظ بها في محفظتك. ستؤثر قدرتنا على تخزين الطاقة بشكل أكثر فاعلية بشكل مباشر على السعر الذي تدفعه مقابل الكهرباء.
في غضون العقد الماضي ، أصبح توليد الطاقة المتجددة - وخاصة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح - واسع النطاق بحيث أصبح ميسور التكلفة ومنافسًا من حيث التكلفة مع الطاقات التقليدية مثل النفط والفحم والغاز. ومع ذلك ، فإن مصادر الطاقة المتجددة ليست غطاءًا مثاليًا للطاقات الأحفورية ، على الأقل من وجهة نظر لوجستية.
على الرغم من أن تكنولوجيا الطاقة الشمسية تعمل على تحسين قدرتنا بشكل كبير على الاستفادة من الطاقة التي نجمعها من الشمس ، فإن إحدى أكبر المشكلات التي ما زلنا نواجهها هي كيفية الاستمرار في استخدام الطاقة الشمسية عندما لا تكون الشمس مشرقة.
يعيش معظمنا في مناطق من العالم تتطلب منا إضاءة منازلنا قبل يوم العمل وبعده. في الواقع ، إذا كنت محظوظًا بما يكفي لتعيش 18 ساعة تقريبًا من الشمس ، فمن المفترض أنك لا تزال بحاجة إلى الطاقة لتشغيل غسالة الأطباق أو الثلاجة بعد غروب الشمس.
ومع ذلك ، في المتوسط ، تكون أشعة الشمس أقوى في فترة ما بعد الظهر. إذن ، باختصار ، هناك عدم تطابق في الجداول الزمنية بين المواطن الأمريكي العادي والطاقة التي تنبعث منها الشمس تجاهنا نحن أبناء الأرض.
نحن نصنع طاقة لسنا على وشك استخدامها. هذا هو المكان الذي يأتي فيه التخزين. نحن بحاجة إلى إنتاج أنماط للاحتفاظ بهذه الطاقة الشمسية حتى نتمكن من الاستفادة منها حتى بعد توقف الشمس عن السطوع.
هناك طرق أخرى لتخزين الطاقة الشمسية بخلاف استخدام البطاريات ، قد تكون إحداها مناسبة لتوصيلنا خلال ساعات المساء التي يرتفع فيها الطلب. تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ عبارة عن تقنية مُختبرة جيدًا وناضجة قادرة على إطلاق كميات كبيرة ومستدامة من الطاقة من خلال ضخ المياه.
تتطلب العملية خزانين من الماء ، أحدهما على ارتفاع منخفض والآخر على ارتفاع متقدم. بمجرد التوصيل ، يتم استخدام الكهرباء منخفضة التكلفة (مثل الطاقة الشمسية) لضخ المياه من الأسفل إلى الأعلى.
عندما يتم طلب الطاقة ، يتم إطلاق المياه المخزنة أعلاه من خلال التوربينات ، لإنتاج الطاقة الكهربائية. عندما ينخفض الطلب على الطاقة ، تتم إعادة تعبئة القوة المتقدمة ببطء للجولة القادمة من إرسال الطاقة.
يتمثل الجانب الأنيق في نظام الضخ المائي كنظام تخزين للطاقة في أنه ميسور التكلفة إلى حد ما وطويل الأمد. تتمتع بفاعلية عالية في رحلة الذهاب والإياب ، مما يعني إهدار القليل من الطاقة أثناء توليد الكهرباء.
تم تصميم معظمها لتخزين ما بين 6 إلى 20 ساعة من الطاقة ، مع اعتماد كمية الطاقة على حجم النظام.
تخزين الطاقة الشمسية في المياه عن طريق استخدام ضخ تخزين الطاقة الكهرومائية مقابل تخزين الطاقة الشمسية في البطاريات ، أيهما أفضل؟
في حين أن هناك أيضًا خيارات أخرى لتخزين الطاقة المتجددة مثل الحذافات ، والهواء المضغوط ، وتخزين الطاقة المبردة ، والبطاريات المتدفقة ، والهيدروجين ، دعونا نركز على مقارنة تخزين بطاريات الليثيوم أيون واسعة النطاق (تستخدم لتشغيل مدينة بأكملها ، وليس الاستخدام المنزلي الفردي) مقابل التخزين المائي الذي يتم ضخه.
هذا محتوى ساخن في سوق التخزين هذه الأيام ، حيث يشعر هذان الشخصان أنهما يتعاملان مع أفضل مزودي التخزين لكل من المؤسسات العامة والخاصة.
تم تداول الكثير في الأخبار مؤخرًا حول مصانع تخزين البطاريات الضخمة الجديدة التي أقيمت في أماكن مثل جنوب كاليفورنيا. ما الذي يميزهم؟
حسنًا ، على عكس Tesla Powerwall ، وهو خيار مخزن للبطاريات لتشغيل المنزل الفردي ، أنشأت Altagas LTD و Tesla و AES Corp ثلاثة من أكبر منشآت تخزين البطاريات في العالم.
تعادل قوة تركيبات مخازن البطاريات الكبيرة هذه مجتمعة 15 من جميع وحدات تخزين البطاريات المثبتة في جميع أنحاء العالم في عام 2016. هذه أخبار كبيرة ، حيث لم تظهر البطاريات سابقًا إلا في عدد صغير من أنظمة نطاق الشبكة.
أثبتت تركيبات المخزن هذه أن تخزين البطاريات على نطاق واسع يمكن أن يدخل الحلقة بشكل عملي مع منشآت تخزين الطاقة الثقيلة الأخرى. لكن ليس من المؤكد ما إذا كان بإمكانهم توجيه ضربة قوية إلى المنافسين حتى الآن.
مقارنة تكاليف تخزين الطاقة الشمسية في المياه عن طريق استخدام ضخ تخزين الطاقة الكهرومائية وتخزين الطاقة الشمسية في البطاريات
من نواحٍ عديدة ، فإن مقارنة تخزين المياه المائية على نطاق واسع ببطاريات الليثيوم أيون واسعة النطاق يشبه مقارنة تفاحة بالخيار ، بدلاً من مقارنة تفاحة بالبرتقال.
كلاهما موجودان في قسم الإنتاج ، لكن يصعب تصنيفهما على أنهما في نفس المجموعة الغذائية. كلاهما يخزن الطاقة ويعيدها إلى الشبكة ، لكن قوتهما مختلفة حقًا.
دعونا نلقي نظرة على أحد أهم عوامل بناء وتشغيل هذه المرافق. في الواقع قبل عشر مرات ، لم تكن هناك منافسة بينهما بسبب السعر المرتفع تاريخياً للبطاريات.
ومع ذلك ، أدى إنتاج البطاريات على نطاق واسع إلى انخفاض السعر إلى أقل من نصف ما كان عليه في عام 2013 ، مما يجعلها خيارًا أكثر جدوى للعمليات واسعة النطاق.
في مؤتمر للطاقة الشمسية على نطاق واسع في أبريل من عام 2017 ، قال رئيس شركة Arena Energy أن تركيبات البطاريات على نطاق واسع قد انخفضت كثيرًا في السعر لدرجة أن تكلفة 100 ميجاوات من سعة الطاقة مع 100 ميجاوات في الساعة (ساعة واحدة من التخزين) ستكون تقريبًا متساوية بين تخزين البطاريات على نطاق واسع وتخزين المياه المائي.
ومع ذلك ، إذا زاد هذا الرقم بشكل طفيف بالفعل ، إلى 100 ميجاوات مع 200 ميجاوات من تخزين الطاقة ، فإن الطاقة الكهرومائية تفوق على الفور تخزين البطارية.
عندما تأخذ هذا الرقم إلى 500 ميجاوات في الساعة ، تنتهي اللعبة بالنسبة للبطاريات. كما ذكرت من قبل ، فإن القوة القصوى لمخزن الضخ المائي هي تربية الحجم. بمجرد أن تصبح جميع تجهيزات الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها في مكانها الصحيح ، يكون الحصول على مزيد من الكهرباء منها رخيصًا إلى حد ما (تحتاج فقط إلى المزيد من المياه).
ومع ذلك ، مع البطاريات ، كلما زادت الكهرباء التي تريد تخزينها ، زاد عدد البطاريات التي تحتاجها ، وبالتالي تزداد الأسعار بشكل أساسي مع زيادة حجم النظام.
فكر في تخزين الطاقة الكهرومائية على أنه متجر كبير غير تجاري ، ومناسب دائمًا لتقديم أسعار أقل بكثير من المتاجر الأصلية.
إنهم يشترون بأعداد كبيرة ويبيعون بأعداد كبيرة ، مما يجعل من الصعب حقًا التغلب على أسعارهم. وبهذه الطريقة ، يفوز تخزين الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها كخيار مزود للطاقة في أوقات ذروة الطلب.
مستقبل تخزين الطاقة الشمسية في المياه باستخدام نظام تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ
مع استمرار نمو وتطور طلب الطاقة المتجددة ، فإن أنماط التخزين الاقتصادية والفعالة مثل تخزين الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها ستجعل من الطاقة الشمسية ليس مجرد غطاء أنظف للطاقات الأحفورية ، ولكن أكثر موثوقية.
مع استمرار انخفاض تكلفة البطاريات ، يكون المستقبل مشرقًا لمستهلكي الطاقة المتجددة والمبدعين. بالنسبة لأولئك الذين يتحدثون عن الاستثمار في الألواح الشمسية ، فإن نظام التخزين الأفضل بشكل عام مثل هذا سيؤدي إلى استقرار السوق والاستثمار في نظام أكثر أمانًا.
فوائد تخزين الطاقة الشمسية في المياه عن طريق استخدام أنظمة التخزين الكهرومائية التي يتم ضخها
خلال النهار ، عندما تكون أسعار الطاقة ، يتم استخدام الماء في القوة العليا لتدوير التوربينات وتحفيز الطاقة الكهرومائية. إنها بطارية مائية عملاقة ، وتخزين الطاقة بهذه الطريقة له الكثير من الفوائد ، إلى جانب مجرد تقليل فترات ذروة الرياح المتطلبة.
- يعد تخزين الطاقة الشمسية في المياه عن طريق استخدام نظام التخزين الكهرومائي الذي يتم ضخه أمرًا ثمينًا في حالة الضرورة ، مما يوفر وصولاً سريعًا إلى الطاقة عندما تكون المصادر الأخرى معطلة.
- يعد تخزين الطاقة الشمسية في المياه عن طريق استخدام أنظمة التخزين الكهرومائية التي يتم ضخها ذات فائدة كبيرة لأن هذه الأنظمة يمكن أن توفر الكثير من الفوائد على شبكات الطاقة الصغيرة والطائفية (مثل الجزر الصغيرة) حيث لا يكون لديك تنوع مهم في محفظة التوليد. .
التحديات الرئيسية المرتبطة بتخزين الطاقة الشمسية في المياه عن طريق استخدام أنظمة التخزين الكهرومائية التي يتم ضخها
1. لزوجة الطاقة
مصطلح يستخدم لوصف مدى أهمية الطاقة التي يمكن أن تتناسب مع حجم الوحدة وهذا ليس أفضل نقطة لتركيب مخزن يتم ضخه. كلما قل الرأس فوق التوربينات ، زادت قدرة التوليد لحجم معين من الماء.
يكفي أن ترى بسهولة الفرق في لزوجة الطاقة بين البطارية والمياه المخزنة. للوصول إلى نفس اللزوجة مثل بطارية الليثيوم أيون النموذجية ، يجب أن يتم تخزين المياه على ارتفاع تقريبًا ، والذي لا يمكن الوصول إليه من قبل سيارة كهربائية.
يعد هذا أحد العيوب الرئيسية لتركيبات المستودعات التي يتم ضخها وهي أنها تحمل نوعًا محددًا من النقاط حيث يمكنك اكتشاف بركتين بالقرب من بعضهما البعض بينما تفصل بينهما أيضًا مسافة عمودية مهمة قدر الإمكان.
وبالفعل أيضًا ، نظرًا لانخفاض لزوجة الطاقة ، غالبًا ما تكون هذه ميزانيات ضخمة تمثل أنظمة هندسة مدنية رئيسية مقارنة بالسلع مثل البطارية التي يمكن تصنيعها في المصنع.
2. الفعالية
الفعالية هي معدل مدى أهمية الطاقة التي تضعها مقابل مدى أهمية الحصول عليها. أنت الآن تحصل على كل شيء. هذا هو القانون البديل للديناميكا الحرارية. لكنك تأمل في الحصول على أقصى استفادة منها ، وإلا فقد صنعت بطارية كبيرة بالفعل وثمينة لا تعمل.
في الواقع ، مع الأخذ في الاعتبار جميع الخسائر الضمنية للطاقة من التبخر أو تسرب المياه إلى التفكك والاضطراب داخل الوزارة ، فإن العديد من منشآت المستودعات التي يتم ضخها تحقق حافة 70 أو متقدمة.
بالطبع ، هذا يعني أنهم مستهلكون صافيون للطاقة نظرًا لأنه لا يمكنك استعادة كل الطاقة المستخدمة لضخ المياه إلى القمة ، ولكن إذا كانت تكلفة الطاقة المستهلكة أقل من السعر الذي يمكنهم الحصول عليه من تلك الطاقة ( حافة العيب) خلال ذروة الطلب ، لا يزال بإمكانهم جني الأرباح.
الأسئلة الشائعة
- ما مقدار الطاقة التي يمكنك تخزينها في الماء؟
لنتخيل 1 سم3 ماء. يمكننا رفع طاقتها عن طريق زيادة ارتفاعها. يمكننا حساب الزيادة في الطاقة باستخدام معادلة الطاقة الكامنة للجاذبية والتي هي ببساطة كتلة الجسم مضروبة في التسارع الناتج عن الجاذبية مضروبة في ارتفاعه.
نحن هنا نحدد الارتفاع على أنه الفرق في الارتفاع بين نقطة البداية ونقطة النهاية ، فإن كتلة المتر المكعب من الماء تساوي 1000 كجم ، لذلك ، مع كل زيادة بمقدار 1 متر ، نضيف 9810 جول من الطاقة. سنقوم بالتحويل إلى واط / ساعة باعتبارها الوحدة الأكثر استخدامًا. إذن ، 9810 جول = 2.7 إلى 5 واط / ساعة.
يمكن أن يشغل هذا المصباح 100 واط لمدة 98.1 ثانية فقط ، لكن لا يمكننا تحويل هذه الطاقة بشكل مثالي. تبلغ كفاءة تقنية تخزين الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها من أجل تخزين الطاقة الشمسية في الماء حوالي 80٪ من الكفاءة ، لذا فإن ذلك سيكون أقرب إلى 78.5 ثانية وإذا قمنا برفع رأس الخزان العلوي إلى 286 مترًا مثل تلك الموجودة في تلة تورلوك في أيرلندا ، فإن ذلك يبلغ 1 سم3 من الماء يمكن أن يشغل نفس المصباح الكهربائي لمدة 22,452 ثانية أو حوالي 6.2 ساعة.
- ما نوع الطاقة التي يمكن تخزينها في الماء؟
يمكن تخزين جميع أشكال الطاقة الكهربائية في مياه تتراوح من الطاقة الشمسية إلى طاقة الوقود الأحفوري.
توصيات
- أفضل 40 شركة للطاقة الشمسية حسب الدول
. - أفضل 7 استخدامات للطاقة الشمسية | المميزات والعيوب
. - الأشياء التي يجب وضعها في الاعتبار عند تصميم نظام إضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية
. - 9 مراحل في عملية تقييم الأثر البيئي
. - نضوب الموارد الطبيعية ، الأسباب والتأثيرات والحلول
. - أهم 10 مشاكل بيئية وحلولها
دعاة حماية البيئة عن ظهر قلب. كاتب محتوى رئيسي في EnvironmentGo.
أسعى لتثقيف الجمهور حول البيئة ومشاكلها.
لقد كان الأمر دائمًا متعلقًا بالطبيعة ، يجب أن نحميها لا أن ندمرها.